Genregulation: molekularen Ebenen

Die Transkription und Translation von Genen wird oft als Genexpression bezeichnet.
Die entstehende Proteinmenge kann an unterschiedlichen Stellen der Proteinbiosynthese reguliert werden.

1. Transkriptionsebene

2. posttranskriptionale Veränderungen der mRNA, die deren Lebensdauer beeinflusst

3. Translationsebene

4. Proteinebene (wie alt darf ein Enzym werden?)

Dabei wird die bereits bekannte Abbildung des Ablauf der Proteinbiosynthese wieder nützlich.

Regulation auf Transkriptionsebene

D. h., die Regulation erfolgt vor/bei der Herstellung der mRNA.
Dabei gibt es zwei unterschiedliche, sehr gut untersuchte Mechanismen. Die Regulation der Genaktivität erfolgt über

Substrat-Induktion

= Anschalten der Genexpression bei Vorliegen eines bestimmten Substrats (Beispiel: Lactose im Lac-Operon)

Endprodukt-Hemmung

Das Endprodukt eines Stoffwechselweges blockiert den ersten Schritt der Biosynthese, kein neues Protein wird produziert (z. B. Tryptophan-Biosynthese: Tryptophan, das Produkt, welches nach 10 Syntheseschritten am Ende des Stoffwechselweges entsteht, blockiert die weitere Transkription).

Induktion oder Repression

Im Prinzip gibt es zwei Mechanismen dieser Genregulation auf Transkriptionsebene:

• negative Regulation: Hier wird die Transkription durch einen Repressor verhindert. Dieser muss entfernt werden, um die Genexpression zu ermöglichen.
• positive Regulation: Hier wird die Transkription durch einen Aktivator ermöglicht. Ohne Aktivator werden Gene nicht oder nur in geringem Maße abgelesen.
• Positive und negative Regulation können zusammenspielen, wie z. B. im Lac-Operon von E. coli, das 1961 von François Jacob und Jaques Monod beschrieben wurde.

Der Abbau des Disaccharids Lactose wird durch Enzyme bewerkstelligt. Da Lactose nicht immer als Nahrungsquelle zur Verfügung steht, werden die zum Abbau benötigten Enzyme nur dann produziert, wenn Lactose tatsächlich abgebaut werden muss. Das Lac- oder Lactose-Operon ist eine Gruppe von drei (Struktur-)Genen – lacZ, lacY und lacA –, die gemeinsam abgelesen und reguliert werden.